EP0512872B1 - Procédé de détection d'obstacles présents devant un véhicule automobile et dispositif pour la mise en oeuvre d'un tel procédé - Google Patents

Procédé de détection d'obstacles présents devant un véhicule automobile et dispositif pour la mise en oeuvre d'un tel procédé Download PDF

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EP0512872B1
EP0512872B1 EP92400971A EP92400971A EP0512872B1 EP 0512872 B1 EP0512872 B1 EP 0512872B1 EP 92400971 A EP92400971 A EP 92400971A EP 92400971 A EP92400971 A EP 92400971A EP 0512872 B1 EP0512872 B1 EP 0512872B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
telemetry
video
line
signal
scanning
Prior art date
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Expired - Lifetime
Application number
EP92400971A
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German (de)
English (en)
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EP0512872A1 (fr
Inventor
Marie De Saint Blancard
Joseph Alizon
Jean Gallice
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Automobiles Peugeot SA
Automobiles Citroen SA
Original Assignee
Automobiles Peugeot SA
Automobiles Citroen SA
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Publication date
Application filed by Automobiles Peugeot SA, Automobiles Citroen SA filed Critical Automobiles Peugeot SA
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Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S17/00—Systems using the reflection or reradiation of electromagnetic waves other than radio waves, e.g. lidar systems
    • G01S17/88—Lidar systems specially adapted for specific applications
    • G01S17/89—Lidar systems specially adapted for specific applications for mapping or imaging
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S17/00—Systems using the reflection or reradiation of electromagnetic waves other than radio waves, e.g. lidar systems
    • G01S17/86—Combinations of lidar systems with systems other than lidar, radar or sonar, e.g. with direction finders
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S17/00—Systems using the reflection or reradiation of electromagnetic waves other than radio waves, e.g. lidar systems
    • G01S17/88—Lidar systems specially adapted for specific applications
    • G01S17/93—Lidar systems specially adapted for specific applications for anti-collision purposes
    • G01S17/931—Lidar systems specially adapted for specific applications for anti-collision purposes of land vehicles

Definitions

  • the present invention relates to a method for detecting obstacles present in particular in front of a motor vehicle, as well as to a device for implementing this method.
  • Such methods are known using a video camera on board the vehicle and giving a video image of the scene in front of the vehicle.
  • Another method of detecting obstacles is also known, using two or more video cameras making it possible to have more complete information of the scene facing the vehicle and this in an area relatively close to the vehicle, up to approximately 20 meters.
  • this method does not make it possible to precisely determine the distances from obstacles because the error on the distance to be determined, in the direction of sight, is proportional to the square of the distance.
  • US-A-3,897,150 describes a method for detecting obstacles or objects in front of a vehicle, comprising the steps set out in the preamble of claim 1.
  • this known method does not make it possible to obtain an image
  • this known method does not make it possible to obtain a video image on which telemetric data are encrusted making it possible to locate objects distant from the vehicle very precisely.
  • the object of the present invention is to eliminate the above drawbacks of the known methods by proposing a method for detecting obstacles present in front of a motor vehicle making it possible to know precisely the position of a point in space relative to a frame of reference linked to the vehicle and to assign the different points of space to an object forming an obstacle and to locate them in a determined area, ranging for example from 5 to 100 meters.
  • the obstacle detection method of the invention comprises the characteristics set out in the characterizing part of claim 1.
  • the invention also relates to a device according to claim 12.
  • the impulse transmission of the aforementioned incident waves is carried out during the odd frame of each video image and the recording of the range data is carried out during the next even frame of the image.
  • the pulse emission of the incident waves takes place at a first determined clock frequency obtained from the frequency of the line synchronization signal; at least the telemetric data relating to the measured distances from the points of impact are digitized during the odd frame of emission of the pulse waves at a sampling frequency equal to the first clock frequency; the digitized telemetry data is stored during said frame by a combination of the first clock frequency and a second clock frequency, preferably double the first, in order to avoid data conflicts; and the writing of the digitized data is controlled during the next even frame on a number of consecutive video lines of the even frame at a third clock frequency obtained from the frequency of the line synchronization signal and greater than the first and second clock frequencies.
  • the aforementioned pulse waves horizontally scan a range line of the scene during an odd frame at the first clock frequency and the pulse wave beam is deflected vertically and horizontally during the next even frame at a scanning start position of a next telemetry line, this scanning being performed during the odd frame of a next video image.
  • a signal for selecting the number of aforementioned video lines on which the telemetry data is written is produced at the start of each even frame and, shortly after this selection signal, a signal for validation of write telemetry data to the selected video lines is produced.
  • the aforementioned video lines where the telemetric data are written are located at the top of the video image after several lines forced to black and a line forced to white for general start-up, and include a line for the identification number of the video image and the actual telemetry data writing lines.
  • the telemetry data and the video image signal are recorded on a recording device, such as a VCR, or the telemetry data and the video image signal are processed in real time.
  • the impact points of the incident impulse waves are staggered by time shift of every other telemetric line at the start of each horizontal scan.
  • the invention also provides an obstacle detection device for implementing the method defined above.
  • the device is characterized in that it comprises a video camera on board the vehicle for taking pictures of a scene in front of the vehicle; a telemetric device for measuring the distance of obstacles from the scene relative to the vehicle; a set of deflection of the pulsed radiation emitted by the telemetric apparatus to at least one movable deflection mirror controlled to cause the radiation to effect a scanning movement of successive horizontal telemetric lines of the scene; and a signal conditioner adapted to generate, from the frame and line synchronization signals of a video signal of the camera, signals allowing the control, in the same odd frame, of the emission of the pulsed radiation and of the horizontal scanning movement of the mirror and of the signals able to register during the following even frame on successive lines of the image video of the telemetric data relating to the coordinates of the points of impact of the impulse radiation on the obstacles of the scene and to the measured distance from each point of impact relative to the vehicle.
  • the device comprises two movable mirrors for respectively horizontal and vertical deflection of the pulsed radiation controlled during each even frame following an odd horizontal scanning frame so as to be brought to a position for starting scanning of a new telemetric line.
  • the aforementioned conditioner comprises specialized circuits and combinational logic making it possible to extract from the video signal supplied by the aforementioned camera signals for frame and line synchronization and for determining the start and end of frames to control at the start of a frame. pair of a video image moving the horizontal and vertical deflection mirrors to the aforementioned scanning start position and at the start of the next odd frame of the next video image, moving the horizontal deflection mirror to scan a range line; a phase locked loop circuit and a number of divider circuits driven by the line synchronization signals to produce a first clock signal for controlling pulse emission and digitizing of telemetry data, a second signal clock, preferably twice the frequency of the first clock signal, for storing the telemetry data in a memory and a third clock signal for controlling the writing of the telemetry data to the video image.
  • the conditioner further comprises electronic circuits adapted to produce a first signal appearing before the start of an odd frame and ending with the odd frame to define a window authorizing the taking of data relating to the starting positions of the vertical deflection mirrors and horizontal before scanning a telemetry line, horizontal scanning, the emission of pulse radiation and the incrementation of the vertical scanning mirror to a next telemetry line; a second signal transmitted after the start of each even frame allowing the selection of the number of video lines on which the telemetry data are written; and a third signal sent shortly after the appearance of the second signal to validate the writing of the telemetry data on the selected video lines.
  • the conditioner further comprises a locking or clamping stage making it possible to produce so-called clamp pulses for correct alignment of the video and range signals.
  • the device comprises a means of decoupling, such as a plate-shaped cover, from the emission of the reception of the pulse radiation up to the level of the aforementioned mirrors.
  • the aforementioned range finding device is of the laser type.
  • the device further includes an on-board computer on the vehicle using the telemetry data and the video data and developing signals intended to control the vehicle's safety organs.
  • Figure 1 schematically shows a top view of the obstacle detection device according to the invention allowing in the present case three levels of obstacle observation located respectively in three different planes.
  • Figure 2 is a schematic perspective view of the obstacle detection device according to the invention.
  • FIG. 3 represents slices ⁇ d of telemetric images obtained by scanning of portions of corresponding space by a laser beam.
  • FIG. 4 is an enlarged view of the part circled in IV of FIG. 3.
  • FIG. 5 represents a functional block diagram of the signal conditioner used in the device of the invention.
  • Figure 6 is a schematic top view showing a decoupling means used with a rangefinder device of the device of the invention.
  • FIG. 7 is a view along arrow VII of FIG. 6.
  • FIG. 8 represents control and window signals produced by the signal conditioner of FIG. 5.
  • FIG. 9 represents the sampling of telemetric data by circuits of the conditioner of FIG. 5.
  • Figure 10 shows an example of a telemetry data encoding format.
  • the device 1 for detecting obstacles in front of a motor vehicle comprises a video camera 2 on board the vehicle so as to provide a composite video signal representative of a video image of a scene taking place in front of the vehicle; a rangefinder device 3 also on board the vehicle making it possible to measure obstacle distances from the scene relative to the vehicle by emission and reception of impulse radiation; a signal conditioner 4, the functions of which will be explained later; and an assembly 5 with mirrors respectively of horizontal deflection 6 and of vertical deflection 7 of the beam or radiation of the telemetric apparatus 3 and controlled by appropriate signals coming from the signal conditioner 4.
  • Camera 2 is of the classic CCD type in black and white with the European CCIR standard, such as that bearing the reference IVC 500 from the French company I2S France. Camera 2 is equipped with a 16 mm focal length objective allowing observation substantially equivalent to the human field of vision. In the case present, the video image of camera 2 is digitized so as to obtain a luminance image of 512 ⁇ 512 pixels or pixels which are preferably coded on 8 bits.
  • the rangefinder device 3 allows distance measurement without contact of objects or obstacles in front of the vehicle.
  • Three telemetry techniques are currently used and use microwave, ultrasound and light or infrared waves depending on whether the corresponding telemetry devices operate in the visible or infrared range.
  • laser type telemetry has been chosen because it allows very good spatial resolution, an essential characteristic for obtaining a good rangefinder image.
  • the assembly 5 coupled to the rangefinder device 3 makes it possible to obtain a rangefinder image synchronized with the video image of the camera of determined dimensions by horizontally and vertically scanning the scene in front of the vehicle by the laser beam or radiation from the telemetry device 3 using mirrors 6 and 7 which are treated with aluminum and protected by silica.
  • These mirrors 6, 7 are galvanometrically controlled, for example that marketed under the reference EXY 5067V from the General Scanning Company residing in the United States and two electronic modules, for example of the CX 660 type from this same Company, control the servo control of the deflection angle of the mirrors 6.7 at a control voltage.
  • the assembly constituted by the electronic modules and the galvanometric control is represented by the two blocks of FIG. 2 bearing the references 8 and 9.
  • the laser beam can undergo a maximum deflection ⁇ 20 ° both vertically and horizontally with a response time of around 15ms.
  • the deflection by galvanometrically controlled mirrors was chosen because the amplitude of the deflections or deflections is fully programmable and it also allows the aiming of a particular and random point on the scene, a feature which is also interesting in particular for tracking a vehicle preceding the vehicle on which the device of the invention is on board and capable of constituting a potentially dangerous obstacle.
  • the galvanometric control of the mirrors 6, 7 makes it possible to easily obtain different image formats rangefinders.
  • the rangefinder device 3 maximum frequency of laser shots, diameter of the laser beam involving large mirrors
  • the deflection assembly 5 response time of the mirrors 6, 7 linked to their dimension allowing the simultaneous deflection emission - reception of the laser beam
  • the bandwidth of a video recorder on a cassette of which the telemetric data recorded on a video image are recorded as will be explained later
  • the telemetric image obtained by vertical scanning and horizontal of the laser beam was chosen to preferably have a format forming a matrix of 10 telemetric lines and 20 points per line.
  • a range of 20 points is obtained during a frame of a video image from camera 2, that is to say for 20 ms for laser shooting frequencies of 1 KHz, the following frame of this same image being used for mix telemetry data with the video image.
  • a 20-point rangefinder line is thus obtained every two frames and the complete 10-line rangefinder image is therefore obtained in 400ms, ie at a frequency of 2.5 Hz.
  • the size of the rangefinder image 100 m from the vehicle is conditioned by the construction standards of this highway, which in this case results in a width rollable from approximately 20 m to 100 m from the vehicle.
  • the horizontal scanning angles ⁇ x and vertical ⁇ y are chosen so as to cover 100 m from the vehicle an area 10 with a width l of about 20 meters and a height h of about 5 meters.
  • the choice between large scan and small scan can be done manually by the driver or automatically from the values of the impact point distances measured by the rangefinder device 3.
  • FIG. 1 illustrates three possible levels of observation of a scene by the detection device 1 on board a vehicle traveling on a road R.
  • the device 1 allows by a large and / or small scan and from the information fusion video and telemetric information as will be detailed later, to analyze the scene overall in the plane P3, to detect potentially dangerous obstacles in the plane P2 and to detect the most dangerous obstacle in the plane P1 with, in this last situation, enslavement of telemetric shots on this obstacle in order to inform the driver or act on the vehicle's safety devices.
  • the telemetry device 3 comprises two optics 12, 13 through which the emission and reception of the laser beam are carried out respectively.
  • the optic 12 is further adapted so as to reduce the distance between the emission and reception beams as shown in FIG. 6.
  • the emission and reception of the laser beam require a minimum diameter of 50 mm from the pupil. input 14 of the beam deflection assembly.
  • the circuit 16 of the signal conditioner 4 of FIG. 2 will now be detailed with reference to FIG. 5.
  • the circuit 16 comprises a circuit 17 receiving the composite video signal SV from the video camera 2 and making it possible to extract from the signal SV a line frequency signal SL, a frame synchronization signal ST, a SPI signal identifying an even or odd frame, signals for the start of an even frame SP or even frame tops and so-called CL clamping pulses, the role of which will be explained later.
  • Circuits performing the function of extracting synchronization signals from the video signal SV are already known per se and use for example specialized circuits as well as combinational logic.
  • the circuit 16 also includes an electronic circuit 18 receiving the line frequency signal SL and adapted to produce a first clock signal H1, for example with a frequency of 1 KHz, clocking the pulse emission of the laser beam and making it possible to digitizing the telemetric data representative of the measured distances from obstacles and the coordinates in ⁇ x, ⁇ y of the points of impact of the impulse waves incident respectively on the obstacles; a second clock signal H2 used to store the telemetry data and preferably having a frequency twice that of the signal H1 and which, combined with H1, makes it possible to store the telemetry data without conflict; and a third clock signal H3, preferably of a frequency of 1 MHz, controlling the writing of the telemetric data on the video image as will be explained later.
  • a first clock signal H1 for example with a frequency of 1 KHz
  • the electronic circuit 18 can consist of a phase locked loop stage (PLL) controlled by the signal SL and a series of dividers. Circuits using a PLL circuit and dividers to produce different clock signals have already been designed in the field of television and need not be further detailed.
  • PLL phase locked loop stage
  • the emission of the pulse waves of the laser beam at the frequency of the clock signal H1 is carried out during each odd frame of the video image of the camera 2 and the recording or writing of the data. rangeframes on the video image is performed during the next even frame.
  • the circuit 16 also includes an electronic circuit 19 making it possible to obtain, from the signals SL, SP, SPJ and ST, window signals comprising a first window signal F1 with a duration of 22 milliseconds authorizing the taking or copying of the data relating to the starting positions of the mirrors 6, 7 for vertical and horizontal deflection before scanning of a telemetric line, the horizontal linear scanning ⁇ x, then the emission of pulse waves or laser shots and finally the linear incrementation IN, carried out from below above in stages by the vertical deflection mirror 7, of the vertical scanning balayagey; a second window signal F3 with a duration of 512 microseconds allowing the selection of a certain number of video lines at the start of each even frame on which the telemetry data are to be written; and a third window signal F2 with a duration of 48 microseconds transmitted after the second window signal F3 and validating or authorizing the writing of telemetry data on the video lines selected by the signal F3.
  • window signals comprising a first window signal F1 with a duration of 22 mill
  • FIG. 8 represents more precisely the positions of the window signals F1, F2 and F3 produced in a synchronized manner by the various synchronization signals received by the circuit 19.
  • the signal F1 is produced just before the appearance of the start signal d 'an odd frame SI and ends at the same time as the odd frame.
  • the start of the signal F1 is determined using an electronic time counter T1 of the circuit 19 and triggered by the rising edge of the signal from the start of the even frame SP.
  • the duration of the signal F1 before the start of the odd frame is chosen so as to be sufficient to take and store the positions of the mirrors 6, 7 at the start of each line rangefinder.
  • the window signal F3 is produced shortly after the start of each even frame (using another time counter T2 of the circuit 19) and the window signal F2 is emitted shortly after the signal F3 with a duration of each pulse of this signal less (48 ⁇ s) than the duration of a line (64 ⁇ s).
  • FIG. 8 also shows the emission E of pulsed waves of the laser beam or telemetric shots during an odd frame of duration equal to T / 2, or 20 milliseconds, at the frequency of the clock signal H1.
  • 20 telemetric shots are taken, which corresponds to 20 points of impact of the laser beam for a telemetric line.
  • the circuit 16 further comprises an electronic circuit 20 receiving the clock signal H1, the window signal F1, the frame synchronization signal ST and the even / odd frame signal SPI and making it possible to pick up and store the starting positions.
  • mirrors 6, 7 before scanning a telemetry line and controlling, during each odd frame, the mirrors 6, 7 so that the laser beam scans each telemetry line and the telemetric shots E at the clock frequency H1.
  • the circuit 20 supplies a control signal to a circuit 21 for forming a ramp signal applied to the dotted block of FIG. 5 and comprising the telemetric device 3 to which the scanning assembly 5 for controlling the pivoting of the mirror 6 so as to scan a horizontal telemetric line by the laser beam.
  • the circuit 20 also supplies the scanning assembly 5 and. to the rangefinder device 3 control signals for rangefinder shots at the frequency of the clock signal H1 and this during each odd frame.
  • the rangefinder image of 10 lines at 20 impacts per line is produced as already results from the above by choosing a linear scan from left to right for the horizontal deflection mirror 6 and a linear incrementation from bottom to top in 10 steps for the vertical deflection mirror 7.
  • FIG. 9 represents on the line of the telemetric data DT the two starting positions ⁇ xO and ⁇ yO of the mirrors 6 and 7.
  • the telemetric data DT representative of the positions of the laser impacts on the target and of the distances d from the target to the rangefinder device 3 are sampled and stored during the window signal F1 and in the following order: ⁇ xO ' ⁇ yO' di with 1 ⁇ i ⁇ 20.
  • the values ⁇ xO ', ⁇ yO' and d which are analog voltages, images respectively of the positions of the mirrors 6, 7 of horizontal and vertical scanning and of the distances from the target to the rangefinder device 3, are applied to a multiplexer circuit 23 which successively receives from circuit 20 control signals defined from the signal window F1 so as to provide at its output the analog voltage value ⁇ xO, then the analog voltage value ⁇ yO and finally the analog voltage values of the distances d measured by the telemetric device 3 during the odd frames.
  • the output of the multiplexer circuit 23 is connected to the input of an analog-digital converter circuit 24, the digital output of which is applied to a memory circuit 25.
  • the rangefinder device 3 which in this case is + 20 cm for a rangefinder image located 100 m from the rangefinder, and to take into account the negative values of the rangefinder data to be converted to digital form (the values of the analog voltages are included in the following ranges: -5 ⁇ xO ⁇ +5 volts, 0 ⁇ yO ⁇ + 2.5 volts, O ⁇ d ⁇ + 10 O volts), scanning is performed on 11 bits.
  • the conversion circuit 24 Only the first value of ⁇ xO at the start of each telemetric line is digitized by the conversion circuit 24 and stored in the circuit 25 because the type of horizontal scanning, in this case in the form of a ramp, is known and allows the 20 ⁇ xi positions of the impact points of a line corresponding to the 20 rangefinder shots.
  • the points of impact 11 of the pulse waves of the laser beam are staggered by time shift of one telemetric line out of two at the start of each horizontal scan.
  • the ramp curve RA of FIGS. 8 and 9 is offset (delayed) to make the shots in staggered rows.
  • the memory circuit 25 is connected to a parallel-serial converter circuit 26.
  • a parallel-serial converter circuit 26 When the telemetry data stored in the circuit 25 is extracted from the latter to be embedded or written on the video image as will be described below, each 11-bit telemetry data is preceded by a bit of the start BS applied to the parallel-series converter circuit 26.
  • the writing of the 12-bit words at the output of the converter circuit 26 on the video image must be carried out at the frequency of the clock signal H3 of 1 MHz, therefore at a period of 1 microsecond.
  • a video line according to the SECAM standard, has a duration of 64 microseconds, four words of 12 bits (i.e. 48 microseconds) maximum can be written on a video line as is moreover shown in FIG. 10.
  • To superimpose all the telemetry data DT, obtained during an odd frame six consecutive video lines of the even frame following this odd frame (the superimposition being carried out at the beginning of the even frame) are necessary.
  • the telemetry data is superimposed using simple binary coding.
  • the logic level "1" is represented on a video image by a video white and the logic level "O" is represented by the video black.
  • Each logical state has a duration of 1 microsecond and corresponds to 10 picture elements or pixels for a video image digitized in the format 512x512 picture elements.
  • the four telemetric data of 12 bits each which are written on a video line correspond to 480 picture elements of a video line.
  • the circuit 26 is connected to an input e1 of a multiplexer circuit 27 which receives at another input e2 a logic level "1" corresponding to a blank video line used for general start-up. This white video line precedes, on the video image, a line reserved for numbering and therefore for the identification of each video image.
  • Each digitally coded video image number is applied to a third input e3 of the multiplexer circuit 27 by an appropriate coding circuit 28.
  • FIG. 10 represents the coding format of the telemetric data on an IM video image.
  • This image has at its upper part a number of lines forced to black LN followed by 8 lines of coding LC comprising from top to bottom a line forced to white LC1 serving as general start, the line LC2 for numbering the video image IM and the six lines LC3 to LC8 for encoding the telemetry data of a telemetry line.
  • the digital telemetry data multiplexed at the output of the circuit 27 constitute a video standards signal (0 - 0.7V) and are applied to a video mixer circuit 29 which also receives the signal of the video image coming from the video camera 2.
  • Au mixer circuit 29 are applied the window signal F3 making it possible to select at the start of each even frame the video lines for writing telemetric data and the so-called CL clamp signal received by a clamping stage in the mixer circuit 29 for alignment correct video and range signals.
  • the output of the mixer circuit 29 is connected to a standard recording device such as a video recorder, video signals and telemetric data for analysis and processing of the delay of these signals.
  • the output of the mixer circuit 29 can be connected to a computer device on board the vehicle to process real-time video and range signals so as to produce signals intended in particular to control vehicle safety organs according to the result of processing this data.
  • the circuit 20 is made up of modules for adapting and shaping signals, for example based on logic gates, in order to obtain the various control signals mentioned above.
  • Such a circuit can be easily designed by a person skilled in the art taking into account the simple functions which are assigned to it.
  • the mirrors 6, 7 are controlled so as to be brought to a position for the start of horizontal scanning of a telemetric line of the scene observed by the video camera 2, position represented by the values ⁇ xO and ⁇ yO and stored in circuit 25 at the start of the window signal F1 before the start of the next odd frame.
  • the memorization of these data is indicated in ME1 and ME2 in FIG. 9. From the start of the odd frame, the emission of the pulsed waves of the laser beam or range shots is controlled at the frequency of the clock signal H1 synchronously. with the horizontal scanning of the mirror 6 during the odd frame.
  • the range data relating to the distances d measured by the range finder 3 are sampled and stored in the memory 25 as indicated by the line ME3 in FIG. 9.
  • the window signals F3 and F2 are produced so as to allow the writing of telemetric data DT on the video lines of the corresponding video image selected by the window signal F3 and the mirrors 6, 7 are controlled to be positioned at a scanning position of the next telemetry line and the sampling and storage of the telemetry data ⁇ xO, ⁇ yO, d are repeated during the next odd frame.
  • the telemetric data embedded in the video images is processed in particular by the computer device on board the vehicle in order to give information to the driver or to act on the vehicle safety devices when a potentially dangerous obstacle located very close to the front of the vehicle is detected.
  • the computer device on board the vehicle in order to give information to the driver or to act on the vehicle safety devices when a potentially dangerous obstacle located very close to the front of the vehicle is detected.
  • the combination of a video camera and a rangefinder device coupled to an XY deflection device for radiation from the rangefinder device makes it possible to provide, in perfect synchronism, notably from the frame and line synchronization signals of the video signal.
  • the camera a video image on which telemetry data is embedded, making it possible to very precisely locate objects distant from the vehicle in an area ranging from approximately 5 to 100 m.
  • the coding and the mixing of telemetric information on the video image allow the realization of a device for detecting a structure and a simple operation from the electronic point of view, the recording on any standard video recorder of the synchronized image data.
  • telemetric video-image for delayed processing, and real-time processing of these images by an image analysis system on board the vehicle.

Description

  • La présente invention concerne un procédé de détection d'obstacles présents notamment devant un véhicule automobile, ainsi qu'un dispositif pour la mise en oeuvre de ce procédé.
  • On connaît de tels procédés utilisant une caméra vidéo embarquée dans le véhicule et donnant une image vidéo de la scène en face du véhicule.
  • Cependant, pour localiser avec une seule caméra un point dans l'espace de la scène, il est nécessaire d'introduire des modèles de l'environnement aux fins de comparaison. Un tel procédé ne permet pas de déterminer des distances d'obstacles potentiellement dangereux.
  • On connaît également un autre procédé de détection d'obstacles utilisant deux ou plusieurs caméras vidéo permettant d'avoir des informations plus complètes de la scène faisant face au véhicule et ce dans une zone relativement proche du véhicule, jusqu'à 20 mètres environ. Cependant, ce procédé ne permet pas de déterminer précisément les distances d'obstacles du fait que l'erreur sur la distance à déterminer, dans la direction de visée, est proportionnelle au carré de la distance.
  • US-A-3 897 150 décrit un procédé de détection d'obstacles ou d'objets devant un véhicule, comprenant les étapes énoncées dans le préambule de la revendication 1.
  • Cependant, ce procédé connu ne permet pas d'obtenir une image Cependant, ce procédé connu ne permet pas d'obtenir une image vidéo sur laquelle sont incrustrées des données télémétriques permettant de localiser très précisément des objets distants du véhicule.
  • La présente invention a pour but d'éliminer les inconvénients ci-dessus des procédés connus en proposant un procédé de détection d'obstacles présents devant un véhicule automobile permettant de connaître avec précision la position d'un point de l'espace par rapport à un référentiel lié au véhicule et d'affecter les différents points de l'espace à un objet formant obstacle et de les localiser dans une zone déterminée, allant par exemple de 5 à 100 mètres.
  • A cet effet, le procédé de détection d'obstacles de l'invention comprend les caractéristiques énoncées dans la partie caractérisante de la revendication 1. L'invention concerne également un dispositif selon la revendication 12.
  • Avantageusement, l'émission impulsionnelles des ondes incidentes précitées est effectuée pendant la trame impaire de chaque image vidéo et l'inscription des données télémétriques est effectuée pendant la trame paire suivante de l'image.
  • Selon une autre caractéristique de l'invention, l'émission impulsionnelle des ondes incidentes s'effectue à une première fréquence d'horloge déterminée obtenue à partir de la fréquence du signal de synchronisation de ligne; au moins les données télémétriques relatives aux distances mesurées des points d'impact sont numérisées pendant la trame impaire d'émission des ondes impulsionnelles à une fréquence d'échantillonnage égale à la première fréquence d'horloge ; les données télémétriques numérisées sont mémorisées pendant ladite trame par une combinaison de la première fréquence d'horloge et d'une seconde fréquence d'horloge, de préférence double de la première, afin d'éviter des conflits de données ; et l'écriture des données numérisées est commandée pendant la trame paire suivante sur un certain nombre de lignes vidéo consécutives de la trame paire à une troisième fréquence d'horloge obtenue à partir de la fréquence du signal de synchronisation de ligne et supérieure aux première et seconde fréquences d'horloge.
  • Les ondes impulsionnelles precitées balaient horizontalement une ligne télémétrique de la scène pendant une trame impaire à la première fréquence d'horloge et le faisceau d'ondes impulsionnelles est dévié verticalement et horizontalement pendant la trame paire suivante à une position de début de balayage d'une ligne télémétrique suivante, ce balayage étant effectué pendant la trame impaire d'une image vidéo suivante.
  • De préférence, uniquement les valeurs en coordonnées θx, θy de la position de départ de chaque balayage d'une ligne télémétrique sont numérisées et mémorisées en fin de trame paire et les positions des différents points d'impact des ondes impulsionnelles consécutives sont reconstituées automatiquement à partir d'une courbe de balayage préétablie, de préférence en rampe.
  • Selon encore une autre caractéristique de l'invention, un signal de selection du nombre de lignes vidéo précitées sur lesquelles sont écrites les données télémétriques est produit au début de chaque trame paire et, peu après ce signal de sélection, un signal de validation d'écriture des données télémétriques sur les lignes vidéo sélectionnées est produit.
  • Avantageusement, les lignes vidéo précitées où sont inscrites les données télémétriques se trouvent à la partie supérieure de l'image vidéo après plusieurs lignes forcées au noir et une ligne forcée au blanc de démarrage général, et comprennent une ligne pour le numéro d'identification de l'image vidéo et les lignes proprement dites d'écriture des données télémétriques.
  • Les données télémétriques et le signal de l'image vidéo sont enregistrées sur un dispositif d'enregistrement, tel qu'un magnétoscope, ou les données télémétriques et le signal de l'image vidéo sont traités en temps réel.
  • Les points d'impact des ondes impulsionnelles incidentes sont disposés en quinconce par décalage temporel d'une ligne télémétrique sur deux au départ de chaque balayage horizontal.
  • L'invention propose également un dispositif de détection d'obstacles pour la mise en oeuvre du procédé ci-dessus défini.
  • Le dispositif conforme à l'invention est caractérisé en ce qu'il comprend une caméra vidéo embarquée sur le véhicule pour la prise de vues d'une scène en face du véhicule ; un appareil télémétrique de mesure de la distance d'obstacles de la scène relativement au véhicule ; un ensemble de déviation du rayonnement impulsionnel émis par l'appareil télémétrique à au moins un miroir mobile de déflexion commandé pour amener le rayonnement à effectuer un mouvement de balayage de lignes horizontales télémétriques successives de la scène ; et un conditionneur de signaux adapté pour produire, à partir des signaux de synchronisation de trame et de ligne d'un signal vidéo de la caméra, des signaux permettant la commande, dans une même trame impaire, de l'émission du rayonnement impulsionnel et du mouvement de balayage horizontal du miroir et des signaux aptes à inscrire pendant la trame paire suivante sur des lignes successives de l'image vidéo des données télémétriques relatives aux coordonnées des points d'impact du rayonnement impulsionnel sur les obstacles de la scène et à la distance mesuree de chaque point d'impact relativement au véhicule.
  • De préférence, le dispositif comprend deux miroirs mobiles de déviation respectivement horizontale et verticale du rayonnement impulsionnel commandés pendant chaque trame paire suivant une trame impaire de balayage horizontal de façon à être amenés à une position de début de balayage d'une nouvelle ligne télémétrique.
  • Le conditionneur précité comprend des circuits spécialisés et une logique combinatoire permettant d'extraire du signal vidéo fourni par la caméra précitée des signaux de synchronisation de trame et de ligne et de détermination de début et de fin de trames pour commander en début d'une trame paire d'une image vidéo le déplacement des miroirs de déviation horizontale et verticale à la position de début de balayage précitée et en début de trame impaire suivante de l'image vidéo suivante, le déplacement du miroir de déviation horizcntale pour balayer une ligne télémétrique ; un circuit à boucle verrouillée en phase et un certain nombre de circuits diviseurs pilotés par les signaux de synchronisation de ligne pour produire un premier signal d'horloge de commande d'émission du rayonnement impulsionnel et de numérisation des données télémétriques, un second signal d'horloge, de préférence de fréquence double de celle du premier signal d'horloge, pour mémoriser les données télémétriques dans une mémoire et un troisième signal d'horloge de commande d'écriture des données télémétriques sur l'image vidéo.
  • Le conditionneur comprend de plus des circuits électroniques adaptés pour produire un premier signal apparaissant avant le début d'une trame impaire et se terminant avec la trame impaire pour définir une fenêtre autorisant le prélevement des données relatives aux positions de départ des miroirs de déviation verticale et horizontale avant balayage d'une ligne télémétrique, le balayage horizontal, l'émission du rayonnement impulsionnel et l'incrémentation du miroir de balayage vertical à une ligne télémétrique suivante ; un second signal émis après le début de chaque trame paire permettant la sélection du nombre de lignes vidéo sur lesquelles sont écrites les données télémétriques ; et un troisième signal émis peu après l'apparition du second signal pour valider l'écriture des données télémétriques sur les lignes vidéo sélectionnées.
  • Le conditionneur comprend de plus un étage de verrouillage ou de clamping permettant de produire des impulsions dites de clamp pour un alignement correct des signaux vidéo et télémétriques.
  • Avantageusement, le dispositif comprend un moyen de découplage, tel qu'un cache en forme de plaque, de l'émission de la réception du rayonnement impulsionnel jusqu'au niveau des miroirs précités.
  • De préférence, l'appareil télémétrique précité est du type à laser.
  • Le dispositif comprend de plus un ordinateur embarqué sur le véhicule exploitant les données télémétriques et les données vidéo et élaborant des signaux destinés à commander des organes de sécurité du véhicule.
  • L'invention sera mieux comprise et d'autres buts, caractéristiques, détails et avantages de celle-ci apparaîtront plus clairement au cours de la description explicative qui va suivre faite en référence aux dessins schématiques annexés donnés uniquement à titre d'exemple illustrant un mode de réalisation de l'invention et dans lesquels:
  • La figure 1 représente schématiquement en vue de dessus le dispositif de détection d'obstacles conforme à l'invention permettant dans le cas présent trois niveaux d'observation d'obstacles situés respectivement dans trois plans différents.
  • La figure 2 est une vue schématique en perspective du dispositif de détection d'obstacles conforme à l'invention.
  • La figure 3 représente des tranches Δ d d'images télémétriques obtenues par balayage de portions d'espace correspondantes par un faisceau laser.
  • La figure 4 est une vue agrandie de la partie cerclée en IV de la figure 3.
  • La figure 5 représente un schéma synoptique fonctionnel du conditionneur de signaux utilisé dans le dispositif de l'invention.
  • La figure 6 est une vue schématique de dessus représentant un moyen de découplage utilisé avec un appareil télémétrique du dispositif de l'invention.
  • La figure 7 est une vue suivant la flèche VII de la figure 6.
  • La figure 8 représente des signaux de commande et de la fenêtre produits par le conditionneur de signaux de la figure 5.
  • La figure 9 représente l'échantillonnage de données télémétriques par des circuits du conditionneur de la figure 5.
  • La figure 10 représente un exemple de format de codage de données télémétriques.
  • En se reportant aux figures, le dispositif 1 de détection d'obstacles en avant d'un véhicule automobile (non représenté) comprend une caméra vidéo 2 embarquée sur le véhicule de façon à fournir un signal vidéo composite représentatif d'une image vidéo d'une scène se déroulant devant le véhicule ; un appareil télémétrique 3 également embarqué sur le véhicule permettant de mesurer des distances d'obstacles de la scène relativement au véhicule par émission et réception d'un rayonnement impulsionnel ; un conditionneur 4 de signaux, dont les fonctions seront explicitées ultérieurement ; et un ensemble 5 à miroirs respectivement de déviation horizontale 6 et de déviation verticale 7 du faisceau ou rayonnement de l'appareil télémétrique 3 et commandée par des signaux appropriés provenant du conditionneur de signaux 4.
  • La caméra 2 est du type classique CCD en noir et blanc au standard européen CCIR, telle que celle portant la référence IVC 500 de la Société française I2S France. La caméra 2 est équipée d'un objectif de distance focale de 16 mm permettant une observation sensiblement équivalente au champ de vision humaine. Dans le cas présent, l'image vidéo de la caméra 2 est numérisée de façon à obtenir une image de luminance de 512 x 512 éléments d'image ou pixels qui sont codés de préférence sur 8 bits.
  • L'appareil télémétrique 3 permet d'effectuer une mesure de distance sans contact d'objets ou obstacles en avant du véhicule. Trois techniques de télémétrie sont utilisées actuellement et font appel aux hyperfréquences, aux ultrasons et aux ondes lumineuses ou infrarouges selon que les appareils télémétriques correspondants fonctionnent dans le visible ou l'infrarouge. Dans le cadre de la présente invention, la télémétrie type laser a été retenue car elle permet une très bonne résolution spatiale, caractéristique essentielle à l'obtention d'une bonne image télémétrique.
  • L'appareil télémétrique 3 fonctionne suivant le principe de la mesure du temps de vol, c'est-à-dire, après émission d'une onde impulsionnelle en direction d'une cible, du temps nécessaire à l'onde pour revenir à un élément capteur de l'appareil télémétrique, après avoir frappé la cible, qui est proportionnel au double de la distance à mesurer. Comme appareil télémétrique fonctionnant suivant ce principe, on utilise le télémètre type LD 90-25S fabriqué par la Société autrichienne RIEGL, qui présente les caractéristiques suivantes :
    • laser à semi-conducteur ; diode As Ga,
    • longueur d'onde : 905nm,
    • durée d'émission : 35ns,
    • puissance crête : 15W,
    • diamètre du faisceau laser en sortie : 25mm,
    • divergence du faisceau : 3,3mrd (impact de 35cm de diamètre à une distance de 100m),
    • étendue de mesure : 2 à 100m.
    • précision : +10cm, +0,1% de la distance mesurée,
    • sécurité : classe 3B.
  • L'ensemble 5 couplé à l'appareil télémétrique 3 permet d'obtenir une image télémétrique synchronisée avec l'image vidéo de la caméra de dimensions déterminées en balayant horizontalement et verticalement la scène en face du véhicule par le faisceau ou rayonnement laser issu de l'appareil télémétrique 3 à l'aide des miroirs 6 et 7 qui sont traités à l'aluminium et protégés par de la silice. Ces miroirs 6, 7 sont à commande galvanométrique, par exemple celle commercialisée sous la référence EXY 5067V de la Société General Scanning résidant aux Etats Unis et deux modules électroniques, par exemple du type CX 660 de cette même Société, pilotent l'asservissement de l'angle de déviation des miroirs 6.7 à une tension de commande. L'ensemble constitué par les modules électroniques et la commande galvanométrique est représenté par les deux blocs de la figure 2 portant les références 8 et 9. Par la commande galvanométrique et l'asservissement ci-dessus connus, le faisceau laser peut subir une déviation maximale de ± 20° aussi bien dans le sens vertical que dans le sens horizontal avec un temps de réponse voisin de 15ms. La déflexion par miroirs à commande galvanométrique a été choisie car l'amplitude des déviations ou déflexions est entièrement programmable et elle autorise de plus la visée d'un point particulier et aléatoire de la scène, particularité qui est aussi intéressante notamment pour le suivi d'un véhicule précédant le véhicule sur lequel est embarqué le dispositif de l'invention et susceptible de constituer un obstacle potentiellement dangereux.
  • Ainsi, la commande galvanométrique des miroirs 6, 7 permet d'obtenir aisément différents formats d'images télémétriques. Compte tenu des caractéristiques imposées par l'appareil télémétrique 3 (fréquence maximum des tirs laser, diamètre du faisceau laser impliquant des miroirs de grandes dimensions), l'ensemble de déviation 5 (temps de réponse des miroirs 6, 7 liés à leur dimension permettant la déflexion simultanée émission - réception du faisceau laser), et par la bande passante d'un magnétoscope sur une cassette duquel sont enregistrées éventuellement les données télémétriques inscrites sur une image vidéo comme cela sera expliqué ultérieurement, l'image télémétrique obtenue par le balayage vertical et horizontal du faisceau laser a été choisie comme ayant de préférence un format formant une matrice de 10 lignes télémétriques et de 20 points par ligne. Comme cela sera précisé ultérieurement, une ligne télémétrique de 20 points est obtenue pendant une trame d'une image vidéo de la caméra 2, soit pendant 20ms pour des fréquences de tirs laser de 1 KHz, la trame suivante de cette même image étant utilisée pour mixer à l'image vidéo les données télémétriques. Une ligne télémétrique de 20 points est ainsi obtenue toutes les deux trames et l'image télémétrique complète de 10 lignes est donc obtenue en 400ms soit à une fréquence de 2,5 Hz.
  • Dans l'hypothèse où le véhicule se déplace sur une autoroute à quatre voies, la dimension de l'image télémétrique à 100 m du véhicule est conditionnée par les normes de construction de cette autoroute, ce qui se traduit dans le cas présent par une largeur roulable d'environ 20 m à 100 m du véhicule. Dans ces conditions les angles de balayage horizontal θx et vertical θy sont choisis de façon à couvrir à 100 m du véhicule une zone 10 d'une largeur ℓ d'environ 20 mètres et d'une hauteur h d'environ 5 mètres. Pour couvrir une telle zone 10, les valeurs angulaires de balayage θx et θy sont respectivement de 11° et de 3°, ce qui correspond en pratique à une zone, située à 100 m du véhicule, d'une largeur ℓ = 19 m et d'une hauteur h = 5,2 m. La figure 4 montre différents points d'impact 11 du faisceau laser sur le plan vertical contenant la zone 10 d'image télémétrique définie ci-dessus. Ces points d'impact 11 sont de forme sensiblement circulaire et ont un diamètre d'environ 35 cm pour les valeurs d'angle θx et θy définies ci-dessus. Pour ces mêmes valeurs d'angle de balayage, la zone 10' scrutée par le faisceau laser pour donner une image télémétrique située à environ 80 m du véhicule aura une largeur ℓ = 15,4 m et une hauteur h = 4,2 m. En fait, ces valeurs d'angle de balayage correspondent à un petit balayage utilisé pour des véhicules situés devant le véhicule comportant le dispositif de l'invention. au-delà de 50 m. Pour des véhicules situés à une distance en dessous de 50 mètres, il est préférable d'accomplir un balayage horizontal et vertical à des valeurs angulaires plus importantes que celles précédemment définies. En pratique, il s'est avéré intéressant d'utiliser à cet effet ne valeur de balayage horizontal θx = 20° et une valeur de balayage vertical θy = 5°, ce qui permet de scruter, pour une zone 10 située à 30 m en avant du véhicule, une image télémétrique ayant une largeur ℓ = 10,6 m et une hauteur h = 2,6 m. Le choix entre le grand balayage et le petit balayage peut s'effectuer manuellement par le conducteur ou automatiquement à partir des valeurs de distances de points d'impact mesurées par l'appareil télémétrique 3.
  • La figure 1 illustre trois niveaux d'observation possibles d'une scène par le dispositif de détection 1 embarqué sur un véhicule se déplaçant sur une route R. Ainsi, le dispositif 1 permet par un grand et/ou petit balayage et à partir de la fusion des informations vidéo et des informations télémétriques comme cela sera détaillé plus loin, d'analyser globalement la scène dans le plan P3, de détecter des obstacles potentiellement dangereux dans le plan P2 et de détecter l'obstacle le plus dangereux dans le plan P1 avec, dans cette dernière situation, asservissement des tirs télémétriques sur cet obstacle afin d'informer le conducteur ou d'agir sur les organes de sécurité du véhicule.
  • L'appareil télémétrique 3 comprend deux optiques 12, 13 au travers desquelles s'effectuent respectivement l'émission et la réception du faisceau laser. L'optique 12 est de plus adaptée de façon à réduire l'entraxe des faisceaux d'émission et de réception comme représenté en figure 6. L'émission et la réception du faisceau laser exigent un diamètre minimum de 50 mm de la pupille d'entrée 14 de l'ensemble de déviation du faisceau. Afin de ne pas faire chuter les performances intrinsèques de l'appareil télémétrique 3, qui se traduisent par une diminution considérable de la portée passant de 85 m (appareil télémétrique seul) à 6 m environ (appareil télémétrique avec ensemble de déviation), il est nécessaire de découpler, à l'aide d'un cache 15, l'émission de la réception jusqu'au niveau du miroir 6. Sans ce cache de découplage 15, l'optique de réception receuillerait une partie de l'énergie du faisceau d'émission provoquant ainsi un mauvais fonctionnement de l'appareil télémétrique 3.
  • Le circuit 16 du conditionneur de signaux 4 de la figure 2 va être maintenant détaillé en référence à la figure 5.
  • Le circuit 16 comprend un circuit 17 recevant le signal vidéo composite SV de la caméra vidéo 2 et permettant d'extraire du signal SV un signal de fréquence de lignes SL, un signal de synchronisation de trame ST, un signal SPI identifiant une trame paire ou impaire, des signaux de début d'une trame paire SP ou tops de trame paire et des impulsions dites de clamping CL, dont le rôle sera expliqué ultérieurement. Des circuits accomplissant la fonction d'extraction de signaux de synchronisation du signal vidéo SV sont déjà connus en soi et utilisent par exemple des circuits spécialisés ainsi qu'une logique combinatoire.
  • Le circuit 16 comprend également un circuit électronique 18 recevant le signal de fréquence de ligne SL et adapté pour produire un premier signal d'horloge H1, par exemple d'une fréquence de 1 KHz, cadençant l'émission impulsionnelle du faisceau laser et permettant de numériser les données télémétriques représentatives des distances mesurées d'obstacles et des coordonnées en θx, θy des points d'impact des ondes impulsionnelles incidentes respectivement sur les obstacles ; un second signal d'horloge H2 utilisé pour mémoriser les données télémétriques et ayant de préférence une fréquence double de celle du signal H1 et qui, combiné avec H1, permet de mémoriser les données télémétriques sans conflit ; et un troisième signal d'horloge H3, de préférence d'une fréquence de 1 MHz, commandant l'écriture des données télémétriques sur l'image vidéo comme cela sera expliqué ultérieurement. Le circuit électronique 18 peut être constitué d'un étage à boucle verrouillée en phase (PLL) piloté par le signal SL et d'une série de diviseurs. Des circuits utilisant un circuit PLL et des diviseurs pour produire différents signaux d'horloge ont déjà été conçus dans le domaine de la télévision et n'ont pas à être d'avantage détaillés. De préférence, l'émission des ondes impulsionnelles du faisceau laser à la fréquence du signal d'horloge H1 est effectuée pendant chaque trame impaire de l'image vidéo de la caméra 2 et l'inscription ou écriture des données télémétriques sur l'image vidéo est effectuée pendant la trame paire suivante.
  • Le circuit 16 comprend également un circuit électronique 19 permettant d'obtenir à partir des signaux SL, SP, SPJ et ST des signaux de fenêtre comprenant un premier signal de fenêtre F1 d'une durée de 22 millisecondes autorisant le prélèvement ou la recopie des données relatives aux positions de départ des miroirs 6, 7 de déviation verticale et horizontale avant balayage d'une ligne télémétrique, le balayage linéaire horizontal θx, ensuite l'émission des ondes impulsionnelles ou tirs laser et enfin l'incrémentation linéaire IN, effectuée de bas en haut par paliers par le miroir de déviation verticale 7, du balayage vertical θy ; un deuxième signal de fenêtre F3 d'une durée de 512 microsecondes permettant la sélection d'un certain nombre de lignes vidéo au début de chaque trame paire sur lesquelles doivent être écrites les données télémétriques ; et un troisième signal de fenêtre F2 d'une durée de 48 microsecondes émis après le second signal de fenêtre F3 et validant ou autorisant l'écriture des données télémétriques sur les lignes vidéo sélectionnées par le signal F3. La figure 8 représente plus précisement les positions des signaux de fenêtre F1, F2 et F3 produits de façon synchronisée par les différents signaux de synchronisation reçus par le circuit 19. Ainsi, le signal F1 est produit juste avant l'apparition du signal de début d'une trame impaire SI et se termine en même temps que la trame impaire. Le début du signal F1 est déterminé à l'aide d'un compteur électronique de temps T1 du circuit 19 et déclenché par le front de montée du signal du début de trame paire SP. Bien entendu, la durée du signal F1 avant le début de la trame impaire est choisie de façon à être suffisante pour prélever et mémoriser les positions des miroirs 6, 7 en début de chaque ligne télémétrique. Le signal de fenêtre F3 est produit peu après le début de chaque trame paire (à l'aide d'un autre compteur de temps T2 du circuit 19) et le signal de fenêtre F2 est émis peu après le signal F3 avec une durée de chaque impulsion de ce signal moindre (48 µs) que la durée d'une ligne (64 µs).
  • La figure 8 montre egalement l'émission E d'ondes impulsionnelles du faisceau laser ou tirs télémétriques pendant une trame impaire d'une durée égale à T/2, soit 20 millisecondes, à la fréquence du signal d'horloge H1. Ainsi, pendant cette trame impaire, 20 tirs télémétriques sont effectués, ce qui correspond à 20 points d'impacts du faisceau laser pour une ligne télémétrique.
  • Le circuit 16 comprend de plus un circuit électronique 20 recevant le signal d'horloge H1, le signal de fenêtre F1, le signal de synchronisation de trame ST et le signal de trame paire/impaire SPI et permettant de préléver et mémoriser les positions de départ des miroirs 6, 7 avant balayage d'une ligne télémétrique et commander, pendant chaque trame impaire, les miroirs 6, 7 de façon que le faisceau laser balaie chaque ligne télémétrique et les tirs télémétriques E à la fréquence d'horloge H1. Ainsi, au début d'une trame impaire, le circuit 20 fournit un signal de commande à un circuit 21 de formation d'un signal de rampe appliqué au bloc en pointillés de la figure 5 et comprenant l'appareil télémétrique 3 auquel est couplé l'ensemble de balayage 5 pour commander le pivotement du miroir 6 de façon à balayer une ligne télémétrique horizontale par le faisceau laser. Le circuit 20, au début de la trame paire suivant la trame impaire précitée, fournit une impulsion de commande à un circuit 22 appliquant 1. l'ensemble de balayage 5 un signal d'incrémentation IN de façon à faire pivoter le miroir 7 dans le sens indiqué par la flèche A de la figure 2 d'un angle de rotation correspondant à un palier de déplacement vers le haut suivant l'axe des ordonnées d'un palier correspondant à la valeur d'incrémentation. Le circuit 20 fournit également à l'ensemble de balayage 5 et. à l'appareil télémétrique 3 des signaux de commande des tirs télémétriques à la fréquence du signal d'horloge H1 et ce pendant chaque trame impaire. L'image télémétrique de 10 lignes à 20 impacts par ligne est réalisée comme cela résulte déjà de ce qui précède en choisissant un balayage linéaire de gauche à droite pour le miroir de déviation horizontale 6 et une incrémentation linéaire de bas en haut en 10 paliers pour le miroir de déviation verticale 7. Pour des raisons liées au temps de réponse des miroirs 6, 7, ces derniers sont commandés dès le début de la trame paire suivant la trame impaire de balayage θx de façon que leurs positions de départ θxO et θyO de début de balayage de chaque ligne télémétrique soient parfaitement stabilisées à la fin de trame paire. La figure 9 représente à la ligne des données télémétriques DT les deux positions de départ θxO et θyO des miroirs 6 et 7. Les données télémétriques DT représentatives des positions des impacts laser sur la cible et des distances d de la cible à l'appareil télémétrique 3 sont échantillonnées et mémorisées pendant le signal de fenêtre F1 et dans l'ordre suivant : θxO' θyO' di avec 1 < i < 20.
    Figure imgb0001
  • A cet effet, les valeurs θxO', θyO' et d, qui sont des tensions analogiques, images respectivement des positions des miroirs 6, 7 de balayage horizontal et vertical et des distances de la cible à l'appareil télémétrique 3, sont appliquées à un circuit multiplexeur 23 qui reçoit successivement du circuit 20 des signaux de commande définis à partir du signal de fenêtre F1 de façon à fournir à sa sortie la valeur de tension analogique θxO, puis la valeur de la tension analogique θyO et enfin les valeurs de tensions analogiques des distances d mesurées par l'appareil télémétrique 3 pendant les trames impaires. La sortie du circuit multiplexeur 23 est reliée à l'entrée d'un circuit convertisseur analogique-numérique 24, dont la sortie numérique est appliquée à un circuit mémoire 25. Afin de ne pas détériorer la précision de mesure d de l'appareil télémétrique 3, qui est dans le cas présent de +20 cm pour une image télémétrique située à 100 m de l'appareil télémétrique, et pour tenir compte des valeurs négatives des données télémétriques à convertir sous forme numérique (les valeurs des tensions analogiques sont comprises dans les fourchettes suivantes : -5 < θxO < +5 volts, 0 < θyO < + 2,5 volts, O < d < + 10 O volts), la numérisation est effectuée sur 11 bits.
  • Seule la première valeur de θxO au début de chaque ligne télémétrique est numérisée par le circuit de conversion 24 et mémorisée dans le circuit 25 car le type de balayage horizontal, dans le cas présent en forme de rampe, est connu et permet de reconstituer les 20 positions θxi des points d'impact d'une ligne correspondant aux 20 tirs télémétriques. Bien entendu, tout autre type de balayage horizontal que celui effectué à partir d'un signal de commande en rampe, linéaire ou non linéaire, peut être utilisé, l'essentiel étant qu'il soit parfaitement connu. Avantageusement, les points d'impact 11 des ondes impulsionnelles du faisceau laser sont disposés en quinconce par décalage temporel d'une ligne télémétrique sur deux au départ de chaque balayage horizontal. Autrement dit, la courbe en rampe RA des figures 8 et 9 est décalée (retardée) pour effectuer les tirs en quinconce.
  • Le circuit mémoire 25 est relié à un circuit convertisseur parallèle-série 26. Lorsque les données télémétriques mémorisées dans le circuit 25 sont extraites de celui-ci pour être incrustées ou écrites sur l'image vidéo comme cela va être décrit ci-dessous, chaque donnée télémétrique de 11 bits est précédée d'un bit du start BS appliqué au circuit convertisseur parallèle-série 26.
  • L'écriture des mots de 12 bits en sortie du circuit convertisseur 26 sur l'image vidéo doit être effectuée à la fréquence du signal d'horloge H3 de 1MHz, donc à une période de 1 microseconde. Dans la mesure où une ligne vidéo, selon le standard SECAM, a une durée de 64 microsecondes, quatre mots de 12 bits (soit 48 microsecondes) au maximum peuvent être écrits sur une ligne vidéo comme cela ressort d'ailleurs de la figure 10. Pour incruster toutes les données télémétrique DT, obtenues pendant une trame impaire, six lignes vidéo consécutives de la trame paire suivant cette trame impaire (l'incrustation s'effectuant au début de la trame paire) sont nécessaires. L'incrustation des données télémétriques s'effectue suivant un codage binaire simple. Par exemple le niveau logique "1" est représenté sur une image vidéo par un blanc vidéo et le niveau logique "O" est représenté par le noir vidéo. Chaque état logique a une durée de 1 microseconde et correspond à 10 éléments d'image ou pixels pour une image vidéo numérisée dans le format 512x512 éléments d'image. Autrement dit, aux quatre données télémétriques de 12 bits chacune qui sont écrites sur une ligne vidéo correspondent 480 éléments d'image d'une ligne vidéo.
  • Le circuit 26 est relié à une entrée e1 d'un circuit multiplexeur 27 qui reçoit à une autre entrée e2 un niveau logique "1" correspondant à une ligne blanche vidéo servant de démarrage général. Cette ligne blanche vidéo précède, sur l'image vidéo, une ligne réservée à la numérotation et donc à l'indentification de chaque image vidéo. Chaque numéro d'image vidéo codé numériquement est appliqué à une troisième entrée e3 du circuit multiplexeur 27 par un circuit de codage approprié 28. La figure 10 représente le format de codage des données télémétriques sur une image vidéo IM. Cette image comporte à sa partie supérieure un certain nombre de lignes forcées au noir LN suivies de 8 lignes de codage LC comprenant de haut en bas une ligne forcée au blanc LC1 servant de démarrage général, la ligne LC2 de numérotation de l'image vidéo IM et les six lignes LC3 à LC8 de codage des données télémétriques d'une ligne télémétrique.
  • Les données numériques télémétriques multiplexées en sortie du circuit 27 constituent un signal aux normes vidéo (0 - 0,7V) et sont appliquées à un circuit mélangeur vidéo 29 qui reçoit également le signal de l'image vidéo provenant de la caméra vidéo 2. Au circuit mélangeur 29 sont appliqués le signal de fenêtre F3 permettant de sélectionner au début de chaque trame paire les lignes vidéo pour l'écriture des données télémétriques et le signal dit de clamp CL reçu par un étage de clamping dans le circuit mélangeur 29 pour un alignement correct des signaux vidéo et télémétriques. La sortie du circuit mélangeur 29 est reliée à un dispositif d'enregistrement standard tel qu'un magnétoscope, des signaux vidéo et données télémétriques pour une analyse et un traitement du différés de ces signaux. Cependant, la sortie du circuit mélangeur 29 peut être reliée à un dispositif ordinateur embarqué sur le véhicule pour traiter en temps réel les signaux vidéo et télémétriques de façon à produire des signaux destinés notamment à commander des organes de sécurité du véhicule en fonction du résultat de traitement de ces données.
  • Le circuit 20 est constitué de modules d'adaptation et de mise en forme de signaux, par exemple à base de portes logiques, afin d'obtenir les différents signaux de commande mentionnés précédemment. Un tel circuit peut être aisément conçu par un homme de métier compte-tenu des fonctions simples qui lui sont assignées.
  • Le fonctionnement du dispositif 1 de détection d'obstacles résulte en grande partie de la description qui en a été faite ci-dessus et va être maintenant résumé en référence notamment aux figures 8 et 9.
  • Pendant une trame paire d'une image vidéo, les miroirs 6, 7 sont commandés de façon à être amenés à une position de début de balayage horizontal d'une ligne télémétrique de la scène observée par la caméra vidéo 2, position représentée par les valeurs θxO et θyO et mémorisées dans le circuit 25 au début du signal de fenêtre F1 avant le début de la trame impaire suivante. La mémorisation de ces données est indiquée en ME1 et ME2 à la figure 9. Dès le début de la trame impaire, l'émission des ondes impulsionnelles du faisceau laser ou tirs télémétriques est commandée à la fréquence du signal d'horloge H1 de façon synchrone avec le balayage horizontal du miroir 6 pendant la trame impaire. Pendant cette trame, les données télémétriques relatives aux distances d mesurées par l'appareil télémétrique 3 sont échantillonnées et mémorisées dans la mémoire 25 comme indiqué par la ligne ME3 en figure 9. Au début de la trame paire suivante, les signaux de fenêtre F3 et F2 sont produits de façon à permettre l'écriture des données télémétriques DT sur les lignes vidéo de l'image vidéo correspondante sélectionnées par le signal de fenêtre F3 et les miroirs 6, 7 sont commandés pour être positionnés à une position de balayage de la ligne télémétrique suivante et l'échantillonnage et la mémorisation des données télémétriques θxO, θyO, d se répètent pendant la trame impaire suivante. Les données télémétriques incrustées sur les images vidéo sont traitées notamment par le dispositif ordinateur embarqué sur le véhicule afin de donner une information au conducteur ou d'agir sur les organes de sécurité du véhicule lorsqu'un obstacle potentiellement dangereux situé très proche en avant du véhicule est détecté. Dans ce cas, il est possible de prévoir un circuit électronique d'asservissement des tirs télémétriques sur l'obstacle dangereux afin d'assurer une sécurité de conduite maximum au conducteur.
  • La combinaison d'une caméra vidéo et d'un appareil télémétrique couplé à un dispositif de déflexion X-Y du rayonnement de l'appareil télémétrique permet de fournir, en parfait synchronisme à partir notamment des signaux de synchronisation de trame et de ligne du signal vidéo de la caméra, une image vidéo sur laquelle sont incrustées des données télémétriques permettant de localiser très précisément des objets distants du véhicule dans une zone allant d'environ 5 à 100 m. Le codage et et le mixage des informations télémétriques sur l'image vidéo permettent la réalisation d'un dispositif de détection d'une structure et d'un fonctionnement simples du point de vue électronique, l'enregistrement sur tout magnétoscope standard des données synchronisées image vidéo- image télémétrique pour un traitement en différé, et une exploitation en temps réel de ces images par un système d'analyse d'image embarqué sur le véhicule.

Claims (19)

  1. Procédé de détection d'obstacles présents devant notamment un véhicule automobile, consistant à fournir à l'aide d'une caméra vidéo (2) embarquée sur le véhicule un signal vidéo composite représentatif d'une image vidéo d'une scène en face du véhicule; à mesurer des distances d'obstacles de la scène relativement au véhicule à l'aide d'un appareil télémétrique (3) également embarqué sur le véhicule et dont les ondes impulsionnelles incidentes balaient la scène suivant des lignes télémétriques horizontales successives; et à synchroniser l'émission impulsionnelle des ondes incidentes et le balayage de celles-ci à partir des signaux de synchronisation de trame et de ligne extraits du signal vidéo, caractérisé en ce qu'il consiste à inscrire ou incruster sur l'image vidéo de façon synchronisée les données télémétriques de l'appareil télémétrique (3), représentatives des distances mesurées d d'obstacles et des coordonnées (θx, θy) des points d'impact (11) des ondes impulsionnelles incidentes respectivement sur les obstacles.
  2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'émission impulsionnelle des ondes incidentes précitées est effectuée pendant chaque trame impaire de l'image vidéo et l'inscription des données télémétriques (DT) est effectuée pendant la trame paire suivante de l'image.
  3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'il consiste à effectuer l'émission impulsionnelle des ondes incidentes précitées à une première fréquence d'horloge déterminée (H1) obtenue à partir de la fréquence du signal de synchronisation de ligne (SL), à numériser au moins les données télémétriques relatives aux distances mesurées des points d'impact pendant la trame impaire d'émission des ondes impulsionnelles à une fréquence d'échantillonnage égale à la première fréquence d'horloge (H1); à mémoriser les données télémétriques numérisées pendant la trame impaire à une combinaison de la première fréquence d'horloge (H1) et d'une seconde fréquence d'horloge (H2), de préférence double de la première, afin d'éviter des conflits de données; et à commander l'écriture des données numérisées pendant la trame paire suivante sur un certain nombre de lignes vidéo consécutives de la trame paire à une troisième fréquence d'horloge (H3) obtenue à partir de la fréquence du signal de synchronisation de ligne (SL) et supérieure aux première (H1) et seconde (H2) fréquences d'horloge.
  4. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les ondes impulsionnelles précitées balaient horizontalement une ligne télémétrique de la scène pendant une trame impaire à la première fréquence d'horloge (H1) et le faisceau d'ondes impulsionnelles est dévié verticalement et horizontalement pendant la trame paire suivante à une position de début de balayage d'une ligne télémétrique suivante, ce balayage étant effectué pendant la trame impaire suivante.
  5. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'il consiste à numériser et mémoriser uniquement, en fin de trame paire, les valeurs de la position de départ de chaque balayage d'une ligne télémétrique et à reconstituer automatiquement les positions des différents points d'impact des ondes impulsionnelles consécutives à partir d'une courbe de balayage préétablie, de préférence en rampe.
  6. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'il consiste à produire, au début de chaque trame paire, un signal de sélection (F3) du nombre de lignes vidéo sur lesquelles sont écrites les données télémétriques (DT) et à produire, peu après le signal de sélection (F3), un signal (F2) de validation d'écriture des données télémétriques (DT) sur les lignes vidéo sélectionnées.
  7. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que les lignes vidéo précitées où sont inscrites les données télémétriques (DT) se trouvent à la partie supérieure de l'image vidéo (IM) après plusieurs lignes forcées au noir et comprennent de haut en bas une ligne forcée au blanc de démarrage général (LC1), une ligne (LC2) pour le numéro d'identification de l'image vidéo (IM) et les lignes proprement dites (LC3-LC8) d'écriture des données télémétriques (DT).
  8. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les données télémétriques (DT) et les données de l'image vidéo sont enregistrées sur un dispositif d'enregistrement, tel qu'un magnétoscope.
  9. Procédé selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que les données télémétriques (DT) et de l'image vidéo sont traitées en temps réel.
  10. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les points d'impact (11) des ondes impulsionnelles sont disposés en quinconce par décalage temporel d'une ligne télémétrique sur deux au départ de chaque balayage horizontal.
  11. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les données télémétriques (DT) sont numérisées sur 11 bits avec un bit supplémentaire de départ.
  12. Dispositif de détection d'obstacles pour la mise en oeuvre du procédé tel que défini aux revendications 1 à 11, caractérisé en ce qu'il comprend une caméra vidéo (2) embarquée sur le véhicule pour la prise de vues d'une scène en face du véhicule; un appareil télémétrique (3) de mesure de la distance d d'obstacles de la scène relativement au véhicule; un ensemble (6, 7) de déviation de rayonnement impulsionnel émis par l'appareil télémétrique (3) à au moins un miroir mobile de déflexion (6, 7) commandé pour amener le rayonnement à effectuer un mouvement de balayage de lignes horizontales télémétriques successives de la scène; et un conditionneur de signaux (16) adapté pour produire, à partir des signaux de synchronisation de trame (ST) et de ligne (SL) d'un signal vidéo de la caméra (2), des signaux permettant la commande, dans une même trame impaire, de l'émission du rayonnement impulsionnel et du mouvement de balayage horizontal du miroir (6; 7) et des signaux aptes à inscrire pendant la trame paire suivante sur des lignes vidéo successives de l'image vidéo des données télémétriques (DT) relatives aux coordonnées des points d'impact (11) du rayonnement impulsionnel sur les obstacles de la scène et à la distance mesurée d de chaque point d'impact (11) relativement au véhicule.
  13. Dispositif selon la revendication 12, caractérisé en ce qu'il comprend deux miroires mobiles (6, 7) de déviation respectivement horizontale et verticale du rayonnement impulsionnel et qui sont commandés pendant chaque trame paire suivant une trame impaire de balayage horizontal de façon à être amenés à une position de début de balayage d'une nouvelle ligne télémétrique.
  14. Dispositif selon la revendication 13, caractérisé en ce que le conditionneur (16) précité comprend des circuits spécialisés et une logique combinatoire permettant d'extraire du signal vidéo fourni par la caméra (2) précitée des signaux de synchronisation de trame (ST) et de ligne (SL) et de détermination de début et de fin de trame pour commander au début d'une trame paire d'une image vidéo le déplacement des miroirs de déviation horizontale et verticale à la position de début de balayage et en début de trame impaire suivante de l'image vidéo suivante, le déplacement du miroir (6) pour effectuer le balayage d'une nouvelle ligne télémétrique.
  15. Dispositif selon les revendications 12 à 14, caractérisé en ce que le conditionneur (16) précité comprend de plus des circuits électroniques adaptés pour produire un premier signal (F1) apparaissant avant le début d'une trampe impaire et se terminant avec la trame impaire pour définir une fenêtre autorisant le prélèvement des données relatives aux positions de départ des miroirs de déviation verticale et horizontale (6, 7) avant balayage d'une ligne télémétrique, le balayage horizontal, l'émission du rayonnement impulsionnel et l'incrémentation du miroir de balayage vertical à une ligne télémétrique suivante; un second signal (F3) émis après le début de chaque trame paire permettant la sélection du nombre de lignes vidéo sur lesquelles sont écrites les données télémétriques et un troisième signal (F2) émis peu après l'apparition du second signal (F3) pour valider l'écriture des données télémétriques (DT) sur chaque ligne sélectionnée.
  16. Dispositif selon l'une des revendications 12 à 15, caractérisé en ce que le conditionneur (16) précité comprend également un étage de verrouillage ou de clamping permettant de produire des impulsions de clamp pour un alignement correct des signaux vidéo et télémétriques.
  17. Dispositif selon l'une des revendications 12 à 16, caractérisé en ce qu'il comprend un moyen de découplage (15), tel qu'un cache en forme de plaque, de l'émission de la réception du rayonnement impulsionnel jusqu'au niveau des miroirs (6, 7) précités.
  18. Dispositif selon l'une des revendications 12 à 17, caractérisé en ce que l'appareil télémétrique (3) est du type à laser.
  19. Dispositif selon l'une des revendications 12 à 18, caractérisé en ce qu'il comprend de plus un ordinateur embarqué sur le véhicule exploitant les données télémétriques (DT) et vidéo et élaborant des signaux destinés à commander des organes de sécurité du véhicule.
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